袁婉潼

(辽宁省阜新市实验中学，辽宁阜新 123000)



生物腐殖酸对盐碱土壤微生物数量和酶活性的影响

袁婉潼

(辽宁省阜新市实验中学，辽宁阜新 123000)

土地盐碱化属于土地荒漠化的一种，致使土壤肥力下降，植物根系吸水困难，作物减产，严重影响畜牧业和农业的发展。据估计，全球的盐碱地面积达9.5亿hm2，我国的盐碱地面积达3 600万hm2，占我国可利用土地面积的4.88%[1]。目前,盐碱地的改良方法主要包括利用化学物质如脱硫石膏[2-3]、黄铁矿[4]、糠醛渣[5]、古龙酸母液[6]等来改变土壤的碱性环境和利用有机肥给盐碱土壤提供有机质[7-8]等。生物腐殖酸是以农业废弃物为原料，经过多种微生物在一定条件下发酵转化而成，含有大量的低分子量有机酸、氨基酸和有机质[9]，因而生物腐殖酸被应用于盐碱土既可以改变土壤的碱性环境，又可以提供有机质。它是一种潜在的盐碱土壤改良剂。生物腐殖酸含有大量的有机酸，而有机酸被认为是微生物最重要的底物之一[10]。同时，腐殖酸中还含有大量的矿物质、氨基酸等养分元素，因而能够促进土壤微生物的生长。

对盐碱地的改良效果可以用土壤质量来表示，而土壤微生物和土壤酶活性是土壤质量指标的重要组成部分。土壤微生物是土壤生化反应的推动者和参与者，是土壤有机无机复合体的重要组成部分，被认为是表征土壤质量变化最敏感、最有潜力的指标[11]。于江等[12]研究了生物腐殖酸对甘草生物量的影响，发现中量施肥处理(450 kg/hm2)的增产效果最为显著，而高量处理(750 kg/hm2)对甘草生物量表现出明显的抑制作用。Mylonas等[13]研究也表明，低浓度腐殖酸能够显著增加烟草苗的根数和根长，而高浓度时对根长具有抑制作用。可见，外源物料的施用对作物产量和土壤功能来说存在相对饱和点，符合科学施肥原则中的报酬递减率。黄元炯等[14-15]研究表明，腐殖酸促进了褐土、潮棕壤土壤微生物的增殖。土壤酶是土壤生物化学过程的主要调节者，指示土壤总生物学活性，表征土壤的综合肥力特征及养分转化进程。它可作为衡量生态系统土壤质量变化的预警指标和敏感指标[16]。蛋白酶和脲酶与土壤的氮循环密切相关[17]。磷酸酶是土壤磷循环中的关键酶[18]。由于生物腐殖酸含有一定量的氮素和磷素，加入土壤后会导致土壤氮含量和磷含量的增加，进而导致土壤中蛋白酶、脲酶和磷酸酶活性的提高。脱氢酶活性已经被普遍应用于评估土壤微生物的代谢活性。由于生物腐殖酸促进微生物数量的增殖，因而脱氢酶活性被提高了。淀粉酶与土壤碳循环密切相关。由于生物腐殖酸含有丰富的有机质，加入土壤后能够显著地提高土壤的碳含量，进而诱导土壤淀粉酶活性的提高。过氧化氢酶可以保护植物免受过氧化物的损害，与有机质循环密切相关，其活性与土壤总有机碳含量正相关[19]。由于生物腐殖酸加入土壤后导致土壤有机碳含量随着施肥量增加而不断提高，因而过氧化氢酶活性也不断提高。于江等[12，20]研究都表明，腐殖酸能够显著提高土壤脲酶、磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶的活性。由于土壤酶活性的底物专一性和反应专一性，研究人员很难从单独一个酶活性评价整体土壤状态，所以将几种土壤酶活性整合起来，开发出一些土壤质量指标来表达土壤重要生态功能，其中包括土壤肥力生物指数(BIF)、酶活性指数(EAN)。Stefanic等[21]报道了BIF在一系列土壤中的值(0.9～17.2)。Beck[22]报道了EAN在耕种土壤的值(1～4)。笔者拟从土壤微生物数量和酶活性的角度评估生物腐殖酸对盐碱土壤质量的影响，为生物腐殖酸的进一步应用提供理论基础。

1材料与方法

1.1试验地概况取辽宁省盘锦市大洼县滨海地区0～20 cm土层的黏壤土，土壤pH为9.21，有机碳7.28 g/kg，全氮0.60 g/kg，全磷0.44 g/kg，全钾13.06 g/kg，碱解氮29.97 mg/kg，有效磷11.63 mg/kg，速效钾573 mg/kg。供试生物腐殖酸购自沈阳某公司，基本性质为：有机质含量32.15%，游离腐殖酸含量16.33%，水溶性腐殖酸7.26%，富里酸含量6.08%，胡敏酸含量25.62%，胡敏素含量6.87%。

1.2试验方法黄瓜盆栽试验设置4个处理：①对照(CK),不施肥;②生物腐殖酸用量为150 kg/hm2(低量腐殖酸);③ 生物腐殖酸用量为450 kg/hm2(中量腐殖酸)；④生物腐殖酸用量为750 kg/hm2(高量腐殖酸)。每个处理6个重复。向每盆土壤中均匀地撒入大小一致的5粒黄瓜种子。当黄瓜发芽后苗高10 cm时，将每盆土壤的黄瓜间苗至3棵。在黄瓜培养期间，通过浇水使各盆土壤的田间持水量保持在60%。经过120 d的盆栽试验，对每盆中的黄瓜植株、果实分别进行收获，清洗，晾干，称重，同时测定株高。分别收集每个盆中的新鲜土壤，过2 mm筛，彻底混合均匀，测定土壤的可培养微生物数量和酶活性；风干后，测定土壤pH和电导率(EC)。

1.3指标测定与方法土壤微生物数量的测定采用平板计数法，细菌的培养采用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌的培养采用马丁氏培养基，放线菌的培养采用改良高氏一号培养基。碱性磷酸酶(AP)活性的测定采用对硝基苯磷酸盐法[23]。脱氢酶(DH)活性的测定采用氯化三苯基四氮唑比色法。淀粉酶(AM)活性的测定采用二硝基水杨酸比色法。脲酶(UR)活性的测定采用次氯酸钠比色法[24]。过氧化氢酶(CA)活性的测定采用容量法[25]。蛋白酶(PR)活性的测定采用茚三酮比色法[26]。土壤pH的测定用复合电极pH计，土壤(质量)∶水(体积)为1.0∶2.5。土壤电导率测定用电导率仪，土壤(质量)∶水(体积)为1∶5。

BIF=(1.5 ×DH+k×100 ×CA) / 2

式中，k为比例系数，一般取0.01[27]。

1.4数据分析所有的数据均在烘干(105 ℃)土壤质量的基础上进行计算。所有的试验数据应用SPSS软件进行显著性差异比较，用Excel 2010进行绘图。

2结果与分析

2.1盆栽黄瓜的产量指标和土壤盐碱指标从表1可以看出，4个处理黄瓜株高、结实量和全株生物量的变化规律比较一致，即低量腐殖酸处理比对照有所提高，不过在这2个处理之间不存在差异。这3个指标在中量腐殖酸处理下最高，且在0.05水平显著高于对照，分别比对照提高了1.52倍、1.61倍和1.29倍，而在高量腐殖酸处理下这3个指标都比中量腐殖酸处理有所降低，其中株高在高量腐殖酸处理和中量腐殖酸处理之间差异在0.05水平显著，而结实量和全株生物量则在2个处理之间差异不显著。可见，中量生物腐殖酸处理对盐碱土壤黄瓜产量的提高效果最为明显，而高量腐殖酸处理则表现出一定的抑制作用。

盐碱土壤的pH和EC值都随着生物腐殖酸用量的增加而不断降低，不过pH只在高量腐殖酸处理下在0.05水平显著低于对照，EC值在中量和高量腐殖酸处理下都在0.05水平显著低于对照。生物腐殖酸中含有大量的有机酸类物质，能够中和盐碱土壤中的碱性，然而由于盐碱土壤本身具有很强的缓冲性能，因而在低量和中量腐殖酸对土壤pH没有显著的影响，只有在高量腐殖酸处理下土壤pH的下降才很明显。生物腐殖酸中的胡敏酸是亲水胶体，可以吸附土壤中的阳离子，因而土壤的电导率呈现降低的趋势。

表1　生物腐殖酸对盆栽黄瓜产量和土壤盐碱指标的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05 水平差异显著。

Note:Different lowercases in the same row show significant differences at 0.05 level.

2.2生物腐殖酸对土壤微生物数量的影响从表2可以看出，土壤细菌和真菌数量的变化在4个处理中表现出相同的规律。低量腐殖酸处理土壤微生物数量比对照有所增加，然而这2个处理之间不存在差异；土壤细菌和真菌数量在中量腐殖酸处理中最多，在0.05水平显著高于其他3个处理，分别比对照提高了1.77倍和1.94倍；高量腐殖酸处理土壤微生物数量土壤细菌和真菌数量比中量腐殖酸处理在0.05水平显著降低。土壤放线菌数量则随着生物腐殖酸用量的增加而一直增加，其中，中量和高量腐殖酸处理土壤放线菌数量在0.05水平显著高于对照。

表2　生物腐殖酸对土壤细菌、放线菌和真菌数量的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05 水平差异显著。

Note:Different lowercases in the same row show significant differences at 0.05 level.

注：不同小写字母表示在0.05水平显著。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.图1　生物腐殖酸对土壤酶活性的影响Fig.1　Effect of BHC on activity of soil enzymes

由于生物腐殖酸中含有大量的可溶性物质，高量生物腐殖酸会形成较高的渗透压，从而对细菌和真菌的生长和繁殖有一定的抑制作用。而对于放线菌，由于放线菌适合于偏碱性环境中生长，pH过高会抑制放线菌的增殖。该研究中高量腐殖酸处理将土壤pH降低了0.43个单位，其土壤pH对放线菌的增殖起促进作用，且其促进效果超过由于渗透压较高而产生的抑制效果，所以高量腐殖酸处理下土壤放线菌数量继续增加。

从表2可以看出，土壤微生物中均以细菌占绝对优势，细菌数量占微生物总数量的81.43%～91.56%；放线菌数量次之，占微生物总数量的8.21%～18.28%；由于真菌适宜于偏酸性环境中生存，该研究土壤中真菌比例最少，占0.23%～0.30%。

注：不同小写字母表示差异在0.05水平显著。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.图2　生物腐殖酸对土壤肥力生物指数(BIF)的影响Fig.2　Effect of BHC on biological index of soil fertility(BIF)

注：不同小写字母表示差异在0.05水平显著。　Note:Different lowercases indicate significant differences at 0.05 level.图3　生物腐殖酸对土壤酶活力指数(EAN)的影响Fig.3　Effect of BHC on index of soil enzyme activity(EAN)

2.3生物腐殖酸对土壤酶活性的影响从图1可以看出，除了淀粉酶和过氧化氢酶活性之外，4种处理的其他土壤酶活性表现出在中量腐殖酸处理中最高，在0.05水平显著高于其他处理，高量腐殖酸处理次之，对照最低。土壤酶活性主要来源于土壤微生物的分泌。由于中量腐殖酸处理中土壤微生物数量最多，在该处理下土壤酶活性要在0.05水平显著高于其他处理。

土壤淀粉酶活性随着生物腐植酸施用量的增加而提高，在0.05水平显著高于对照，且高量腐殖酸处理最高。低量、中量和高量腐殖酸处理下土壤过氧化氢酶活性都在0.05水平显著高于对照，且高量腐殖酸处理略高于中量腐殖酸处理。

从图2、3可以看出，中量腐殖酸处理土壤肥力生物指数和酶活性指数最大，高量腐殖酸处理土壤肥力生物指数和酶活性指数次之，而其与中量腐殖酸处理间差异不显著，对照最低。

生物腐殖酸处理下盐碱土壤的土壤肥力生物指数与酶活性指数提高，表明生物腐殖酸的加入导致盐碱土壤微生物的代谢活动加强。土壤肥力生物指数与酶活性指数在中量腐殖酸处理下最高，意味着该施用量下生物腐殖酸处理的盐碱土壤肥力最高，作物产量最大，而在对照中最低，作物产量也最低。

3结论与讨论

研究表明，生物腐殖酸能够增加盐碱土壤黄瓜产量，降低盐碱土壤的pH和电导率，其中中量腐殖酸(450 kg/hm2)对黄瓜产量的提高效果最好，高量腐殖酸处理(750 kg/hm2)对盐碱土壤盐碱度的降低效果最好。生物腐殖酸处理能够提高盐碱土壤微生物数量和酶活性，其中中量腐殖酸处理的提高效果最好，土壤肥力最高，高量腐殖酸处理效果次之，而对照的土壤肥力最低。结合黄瓜产量、盐碱度指标、土壤微生物数量和酶活性，发现中量和高量生物腐殖酸处理能够显著改善盐碱土壤质量，增加作物产量，其中以中量生物腐殖酸的效果最好。

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摘要[目的]从土壤微生物的角度，评估生物腐殖酸生态质量。[方法]设置CK(0)、低量(150 kg/hm2)、中量(450 kg/hm2)、高量(750 kg/hm2)生物腐殖酸的盐碱土壤盆栽试验，测定盆栽黄瓜产量和盐碱度指标，同时测定土壤微生物数量和酶活性。[结果]中量腐殖酸处理盆栽黄瓜的结实量和全株生物量的增加幅度最大，与对照(CK)相比增幅达1.61倍和1.29倍，而高量腐殖酸处理盐碱土壤的pH和电导率的降低幅度最大。与对照相比，中量腐殖酸处理在0.05水平显著提高土壤细菌、真菌数量和蛋白酶、脲酶、磷酸酶和脱氢酶活性，同时在0.05水平显著提高土壤生物肥力指数(BIF)和酶活性指数(EAN)。高量腐殖酸处理对土壤微生物数量和酶活性的影响也在0.05水平显著高于对照，仅次于中量腐殖酸处理，而低量腐殖酸处理则与对照之间没有显著差异。[结论]中量和高量生物腐殖酸处理能够明显改善盐碱土壤质量，提高作物产量，其中中量生物腐殖酸的效果最好。

关键词生物腐殖酸；盐碱土壤；微生物数量；酶活性

Effect of Biological Humic Acid on Microbe Number and Enzyme Activities of Alkali-saline Soil

YUAN Wan-tong(Fuxin Experiment Middle School,Fuxin,Liaoning 123000)

Abstract[Objective] To evaluate the ecological quality of biological humic acid (BHC) from soil microbes.[Method] Alkali-saline soil pot experiments of control (0),low application rate (150 kg/hm2),medium application rate (450 kg/hm2) and medium application rate (750 kg/hm2) of BHC were conducted,and the yield and alkaline index of cucumber,soil microbes quantity and enzyme activities were determined.[Result] The results showed that cucumber yield and biological biomass of whole plant in medium application rate of BHC was highest,the increase rate of which were 1.61 times and 1.29 times than that of control.The decrease rate of alkali-saline soil pH and EC in high application rate of BHC was highest.Compared with control,number of soil bacteria,fungi and activities of protease,urease,phosphatase,dehydrogenase were increased significantly by BHC at medium application rate; biological index of fertility (BIF) and enzyme activity number (EAN) were also significantly enhanced,respectively.BHC at high application rate also significantly enhanced soil microbe number and enzyme activities,and its effect was secondary to that of BHC at medium application rate.The effect of BHC at low application rate on soil microbe number and enzyme activities was not significantly different from that of control.[Conclusion] Soil quality and crop yield can be improved by BHC at meidium and high application rate,and the effect of BHC at medium application rate is best.

Key wordsBiological humic acid (BHC); Alkali-saline soil; Soil microbe number; Soil enzyme activities

收稿日期2015-12-04

作者简介袁婉潼(1998- )，女，辽宁阜新人，高中生。

基金项目国家自然科学基金项目(41301248)。

中图分类号S 154.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)01-001-04